流體傳動(dòng)作業(yè)

1、流體傳動(dòng)與控制技術(shù)大作業(yè) 振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)參數(shù)v 最大加載力10t，頻率15Hz，振幅4mmv 運(yùn)動(dòng)部件等效質(zhì)量500kg，水平放置設(shè)計(jì)要求v 采用電液伺服技術(shù)v 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、元器件選型v 控制算法設(shè)計(jì)v 控制系統(tǒng)仿真，時(shí)域、頻域v 提交一份不少于20頁(yè)的設(shè)計(jì)說明書，并附參考文獻(xiàn)（不少于15個(gè)）振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書一、 電液振動(dòng)臺(tái)的組成及工作原理電液振動(dòng)臺(tái)是由油源、溢流閥、伺服閥、液壓缸、臺(tái)面和電控等部分組成；其中系統(tǒng)的控制特性重要由伺服閥的特性決定，電控部分只是在固有特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正和改進(jìn)。其系統(tǒng)原理圖下圖所示。控制信號(hào)（

2、由信號(hào)源發(fā)出）經(jīng)過主加法器、副加法器，把信號(hào)輸給功率伺服放大器，功率伺服放大器用放大了的電流信號(hào)來控制伺服閥的開口，的開口大小決定了供給油缸活塞運(yùn)動(dòng)的，流量的多少就決定了活塞的運(yùn)動(dòng)大?。ㄋ欧y是把小的電信號(hào)放大成需要大的液流，起電液轉(zhuǎn)換和功率放大的作用），而活塞通過活塞桿帶動(dòng)做相應(yīng)的振動(dòng)。這樣臺(tái)面和其上的試件作振動(dòng)運(yùn)動(dòng)就由信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)來控制。速度、加速度、位移等傳感器檢測(cè)振動(dòng)臺(tái)的物理狀態(tài)，并發(fā)出反饋信號(hào)給控制部分，以控制伺服閥的輸出值。主加法器副加法器功率伺服放大器伺服閥工作臺(tái)加速度傳感器速度傳感器位移傳感器信號(hào)源油庫(kù)冷卻系統(tǒng)D/AA/D液壓缸圖 電液振動(dòng)裝置原理圖液壓系統(tǒng)包括主動(dòng)力源、控

3、制動(dòng)力源、油箱及附件、蓄能過濾部件組和伺服閥控制液壓缸。其結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖所示。圖 結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖主油路液壓油經(jīng)單向閥、壓力管路濾油器進(jìn)入四通電液伺服閥。伺服閥在電信號(hào)的控制下，按照要求的頻率切換進(jìn)入液壓缸的液流方向，使液壓缸活塞帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行振動(dòng)。從液壓缸排出的油液經(jīng)伺服閥后，再經(jīng)過單向閥、冷卻器和回油濾油器返回油箱。蓄能器的作用使在執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要較小流量的時(shí)候儲(chǔ)存多余的油液，而在需要較大流量時(shí)，與液壓泵進(jìn)行同時(shí)供油。電磁溢流閥控制系統(tǒng)的最高壓力。在電磁鐵ZDT斷電的時(shí)候，液壓泵卸荷。以電動(dòng)機(jī)、液壓泵、溢流閥和壓力管路濾油器組成的輔助供油系統(tǒng)用于控制伺服閥主閥。加熱器和冷卻器是為控

4、制油箱內(nèi)油液的溫度而設(shè)置的。在冷卻水截至閥打開，且電磁鐵IDT通電的時(shí)候，冷卻水通過冷卻器使油液冷卻。壓力表用于觀測(cè)主油路的壓力大小，以便調(diào)整和控制液壓系統(tǒng)各工作點(diǎn)的壓力?？諝鉃V清器的作用是使油箱與大氣相通，保證泵的自吸能力，濾除空氣中的灰塵雜物，兼作加油口用。液位計(jì)可以檢測(cè)油面高度，用于低油位報(bào)警。二、液壓元件選擇根據(jù)指標(biāo)設(shè)計(jì)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，選用伺服閥，建立液壓系統(tǒng)，完成電液振動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)。在計(jì)算中主要選用參數(shù)如下：最大加載力10t，頻率15Hz，振幅4mm運(yùn)動(dòng)部件等效質(zhì)量500kg，水平放置根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)方程如下：=0.004sin(94.2t)1.液壓缸的選擇本實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供水平雙向振

5、動(dòng)，水平兩方向需靠液壓油驅(qū)動(dòng)。采用雙活塞桿雙作用液壓缸。由手冊(cè)確定相關(guān)參數(shù)關(guān)系。背壓力為1.5MPa;d/D=0.7; A=100kn/(0.9*(15mpa-1.5mpa)=8230 由A=8230;A=(-)/4;d/D=0.7得到： D=143mm; d= 100mm;取標(biāo)準(zhǔn)為 D=140mm;d=100mm.經(jīng)過一系列的計(jì)算得到液壓缸的主要參數(shù)：液壓缸內(nèi)徑D:140mm;活塞桿直徑d:100mm;活塞行程L:8mm;動(dòng)力元件是伺服系統(tǒng)中的主要元件，所選擇的動(dòng)力元件應(yīng)該在整個(gè)工作循環(huán)中都能夠拖動(dòng)負(fù)載按預(yù)期的速度運(yùn)動(dòng)，這是動(dòng)力元件的一個(gè)主要功用。另外，動(dòng)力元件也是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本限制

6、因素。動(dòng)力元件選定以后，液壓固有頻率和阻尼比也就確定了。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)態(tài)誤差都受和限制。因此動(dòng)力元件的選擇不但要滿足拖動(dòng)負(fù)載的要求，而且還要考慮它對(duì)控制性能的影響。2電液伺服閥及伺服放大器的選用QDY系列電液伺服閥具有零點(diǎn)穩(wěn)定，靈敏度高，零漂小，頻帶寬，穩(wěn)定性高，長(zhǎng)期工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。適用于位置控制，速度控制，加速度控制等自動(dòng)控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，選用的是QDY4系列電液伺服閥。QDY4系列電液伺服閥為動(dòng)圈式雙滑閥結(jié)構(gòu)，分為先導(dǎo)級(jí)和功率級(jí)。先導(dǎo)級(jí)為動(dòng)圈式磁力馬達(dá)推動(dòng)的彈簧對(duì)中式四凸肩四通滑閥，功率級(jí)采用四凸肩四通滑閥接位移傳感器的結(jié)構(gòu)，采用伺服放大器進(jìn)行位置閉環(huán)控制，以保證伺服閥功率級(jí)

7、閥芯位移與伺服放大器輸入信號(hào)成正比。伺服閥的流量方程為：，對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)變換，令，可以得到變換后的流量方程：伺服閥的輸出功率：對(duì)PL求偏導(dǎo)數(shù)，可以得到伺服閥最大輸出功率時(shí)的輸出壓力：令，所以得到，帶入流量方程后得根據(jù)最大功率點(diǎn)負(fù)載匹配的原則，令負(fù)載最大功率點(diǎn)的負(fù)載力和負(fù)載速度分別等于伺服閥最大輸出功率點(diǎn)的輸出力和輸出速度，即最大功率點(diǎn)相切。與該伺服閥相配套使用的是SVF一碑系列伺服控制器，這種控制器可與QDY系列以及KQDY系列伺服閥配套使用。如果再配上油缸活塞系統(tǒng)或液動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及相應(yīng)的傳感器可以構(gòu)成各種用途的高精度、快速響應(yīng)的隨動(dòng)系統(tǒng)。若傳感器是檢測(cè)位置狀態(tài)的，則為一位置控制系統(tǒng)。若采用的是速度

8、或壓力傳感器，則構(gòu)成相應(yīng)的速度或壓力控制系統(tǒng)。本振動(dòng)臺(tái)使用的是位置傳感器構(gòu)成的位置控制系統(tǒng)。3.泵站的選擇一般的電液振動(dòng)臺(tái)不考慮油的可壓縮性的影響，液壓源的額定流量（油壓）是系統(tǒng)中主要的參數(shù)，它直接影響到系統(tǒng)能否滿足最大功率的要求。若取之過大，造成能量設(shè)備浪費(fèi)；若取之過小，則不能滿足技術(shù)要求。在滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求且不浪費(fèi)的情況下，供油壓力的最后選定，應(yīng)與伺服閥及液壓缸相匹配，并系統(tǒng)其他組成元件的額定壓力相適應(yīng)。結(jié)合資料，最后確定系統(tǒng)供油壓力Ps=31.5MPa。液壓系統(tǒng)中蓄能器是用于吸收脈動(dòng)壓力和儲(chǔ)備液壓能的，因此，將蓄能器布置在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體的附近。為了使蓄能器的容積更有效，一般使充氣壓力P0為

9、工作壓力的85%90%。故一般壓力P0=88%×Ps=28 MPa。另外，系統(tǒng)的壓力波動(dòng)不宜過大，通常使最高工作壓力P2與最低工作壓力P1之差小于0.5MPa。4.液壓系統(tǒng)的密封液壓系統(tǒng)良好的密封性能可以提高設(shè)備的工作可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，減少能量消耗。改善液壓系統(tǒng)密封性能的思路就是從液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、組裝、調(diào)試到使用、保養(yǎng)、維修、更新、改造等設(shè)備管理過程中提高密封的可靠性，使液壓系統(tǒng)始終保持良好的密封性能。液壓缸的泄漏可分內(nèi)泄漏和外泄漏。通過活塞用密封裝置密封副滑移面而引起的泄漏稱為內(nèi)泄漏，它導(dǎo)致主機(jī)效率下降通過活塞桿密封裝置密封副滑移面沿活塞桿引起的泄漏稱為外泄漏，外泄漏除影響

10、主機(jī)效率外，還污染環(huán)境。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的工作壓力較大，所以液壓系統(tǒng)中各個(gè)連接處和相對(duì)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都需要可靠的密封。由于伺服缸是由伺服閥來控制其輸出位移，對(duì)伺服油缸有很高的性能指標(biāo)要求；因此，為保證其精度：必須減小系統(tǒng)中非線性因素，減小間隙泄露影響。材料升級(jí)：采用低摩擦系數(shù)的聚醚聚胺酯材料取代傳統(tǒng)聚酯聚胺酯。無模具加工，尺寸精確，可以實(shí)現(xiàn)密封尺寸高精度的要求。密封性能是液壓系統(tǒng)的重要性能之一，這項(xiàng)性能的好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能、可靠性以及使用壽命。為保證液壓系統(tǒng)具有良好的密封性能,在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視密封設(shè)計(jì)；為使液壓系統(tǒng)始終保持良好的密封性能,在液壓系統(tǒng)使用時(shí)要及時(shí)更換密封圈和密封升級(jí)。5.液壓系

11、統(tǒng)油庫(kù)的要求為了使液壓系統(tǒng)達(dá)到最佳工作狀態(tài)，發(fā)揮其良好的工作性能，對(duì)液壓系統(tǒng)作如下要求：（1） 液壓油油質(zhì)液壓油的重要性質(zhì)之一是其化學(xué)穩(wěn)定性，即氧化穩(wěn)定性。氧化是決定液壓油有效使用壽命的最主要因素， 氧化生成的木焦油、油泥和炭渣等不可溶物會(huì)污染液壓系統(tǒng)，并增加液壓元件的磨損、減少各種間隙、堵塞小孔、最終致使液壓系統(tǒng)發(fā)生故障。液壓油的氧化速度取決于本身及工作狀況等多方面因素，其中溫度是主要因素之一，因此要使用合適的液壓油，并定期檢查液壓油的氧化程度（從油本身的顏色轉(zhuǎn)深而判斷），超過一定數(shù)量的工作小時(shí)后主動(dòng)換油是絕對(duì)必要的。（2） 保證油源清潔濾油器起到潔凈液壓油的作用，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作及延長(zhǎng)液

12、壓元件與潤(rùn)滑件的壽命，系統(tǒng)油液的必須清潔，因此油箱加油必須經(jīng)過過濾后加入系統(tǒng)，濾油器應(yīng)每隔三個(gè)月清洗一次以保持油泵吸油管暢通，同時(shí)檢查濾油網(wǎng)有否損壞；通常過濾網(wǎng)的規(guī)格不得大于200目。（3） 保證油溫恒定液壓系統(tǒng)的理想工作溫度應(yīng)介乎45度50度之間，原因是液壓系統(tǒng)是依據(jù)選定的壓力油粘度而設(shè)計(jì)，但粘度會(huì)隨著油溫的高低而變化，進(jìn)而影響系統(tǒng)中工作元件，如油缸、液壓閥等，使控制精度和響應(yīng)靈敏度降低。同時(shí)溫度過高亦會(huì)加速密封件的老化令其硬化、碎裂；溫度過低則加工能量消耗大，使運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低。因此密切注意液壓油的工作溫度是十分必要的。（4） 防止空氣進(jìn)入油量不足會(huì)引致油溫易升高、空氣易于溶入油中，造成容積效

13、率急劇下降，并出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，快速性降低，影響油質(zhì)和液壓系統(tǒng)的正常工作，油量不足通常是漏油或修理時(shí)流失所致，為此為保證良好的控制系統(tǒng)，需添加油庫(kù)中對(duì)油位的檢測(cè)，日常應(yīng)留意檢查有沒有泄漏的部位，及早更換磨損的密封件，收緊松動(dòng)的接頭等，維修后要檢查油箱的油量，及時(shí)補(bǔ)給。附：（5） 油箱型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1（6） 過濾器型號(hào)：ZUA100×20S數(shù)量：4公稱直徑：32mm額定流量：100Lmin連接方式：螺紋管式連接（7） 溢流閥型號(hào)：Y160B數(shù)量：1個(gè)額定流量：160Lmin額定壓力：10 MPa卸荷壓力：0.15 MPa（8） 壓力表型號(hào)：Y100數(shù)量：1個(gè)測(cè)量范圍：

14、050MPa（9） 單向閥型號(hào)：AYH20B數(shù)量：2個(gè)公稱壓力：31.5MPa開啟壓力：0.04MPa公稱通徑：20mm公稱流量：200Lmin（10） 截止閥型號(hào)：Q435A16P數(shù)量：4個(gè)工作壓力：1.6 MPa（11） 電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y250M4數(shù)量：2個(gè)額定轉(zhuǎn)速：1480rmin額定功率：55kw（12） 液壓泵型號(hào)：63*CY141B數(shù)量：2個(gè)額定流量：100Lmin額定壓力：40 MPa驅(qū)動(dòng)功率：51.75kw額定轉(zhuǎn)速：1480rmin（13） 蓄能器型號(hào)：NXQ1.6/1.51數(shù)量：1個(gè)額定壓力：20 MPa額定容量：30Lmin（14） 冷卻泵型號(hào)：CBB100數(shù)量：1個(gè)額定流量

15、：50Lmin額定壓力：10 MPa額定轉(zhuǎn)速：1000rmin額定功率：10kw（15） 伺服閥型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（16） 液壓缸型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（17） 位移傳感器型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（18） 冷卻器型號(hào)：Bx0.1數(shù)量：1個(gè)額定壓力：10 MPa（19） 電磁水閥型號(hào)：YFW10數(shù)量：1個(gè)額定流量：50Lmin額定壓力：10 MPa（20） 加熱器型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（21） 液位計(jì)型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（22） 電接點(diǎn)溫度計(jì)型號(hào)：自行設(shè)計(jì)數(shù)量：1個(gè)（23） 空氣濾清器型號(hào)：QYL250×5數(shù)量：1個(gè)公稱壓力：2 MPa壓力損失：00.35MPa額定流量：

16、300Lmin過濾精度：5um（24） 電磁溢流閥型號(hào)：YFD0F32H4S數(shù)量：1個(gè)公稱壓力：31.5MPa開啟壓力：0.04MPa公稱通徑：20mm公稱流量：200Lmin（25） 位移傳感器型號(hào)：JY9A4000TD數(shù)量：1個(gè)量程：±20nm頻寬200Hz特性分析及校正一、 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立首先，根據(jù)己知的系統(tǒng)各個(gè)部分的參數(shù)，對(duì)整個(gè)液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真來事先分析系統(tǒng)的性能特點(diǎn)和工作情況。該液壓振動(dòng)臺(tái)是一種伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)種，輸出量(機(jī)械位移)能夠自動(dòng)地，快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。與此同時(shí)還起到信號(hào)的功率放大作用，因此也是一個(gè)功率放大裝置。該系統(tǒng)的基本組成元件

17、可以由下面的方框圖來表示。下圖中，輸入元件給出輸入信號(hào)，加于系統(tǒng)的輸入端。反饋測(cè)量元件測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，加于系統(tǒng)的輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了反饋控制。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)應(yīng)轉(zhuǎn)換成相同形式的物理量，以便進(jìn)行比較。在本系統(tǒng)中輸入元件和反饋測(cè)量元件是電壓信號(hào)。比較元件將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)加于發(fā)大裝置。比較元件并不單獨(dú)存在，而是與輸入元件一起由計(jì)算機(jī)來完成。轉(zhuǎn)換放大裝置的功用是將偏差信號(hào)的能量形式進(jìn)行變換并加以放大，輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換放大裝置的輸出級(jí)是液壓的，前置級(jí)可以說是液壓和電的組合形式。執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用加于控制對(duì)象上，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)。在

18、本液壓伺服系統(tǒng)種，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓缸。輸 入 元 件轉(zhuǎn)換放大裝置液壓執(zhí)行元件控制 對(duì)象反饋測(cè)量元件比較元件液壓能源圖 液壓伺服系統(tǒng)的構(gòu)成下面分別介紹液壓振動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的數(shù)學(xué)模型，三級(jí)電液伺服閥采用的是Moog公司的79-200 S04FKP型號(hào)，其驅(qū)動(dòng)級(jí)也是采用Moog公司提供的配套產(chǎn)品，對(duì)稱液壓缸采用的是Shorewestern公司的產(chǎn)品。它們的的模型都是參考關(guān)于液壓振動(dòng)系統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型，參數(shù)由各個(gè)部件的廠家提供。（26） 電液伺服閥性能參數(shù)電液伺服閥是電液轉(zhuǎn)換元件，也是功率放大元件，它能夠?qū)⑿」β实碾娦盘?hào)輸入轉(zhuǎn)換乘為大功率的液壓能(流量與壓力)輸出，在電液伺服系統(tǒng)中，將電氣部分與液

19、壓部分連接起來，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，因此，電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)的核心，對(duì)與電液伺服閥的數(shù)學(xué)模型以及其線性模型中參數(shù)的準(zhǔn)確確定是十分重要的。電液伺服閥是一個(gè)非常精密而又復(fù)雜的伺服控制元件，它的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能影響很大，因此要求也十分嚴(yán)格。在這里我們的主要目的是測(cè)定伺服閥的動(dòng)態(tài)特性，明確其具體參數(shù)。確定閥的動(dòng)態(tài)特性：電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性主要可以由頻率響應(yīng)來確定。通常電液伺服閥的頻率響應(yīng)是輸入電流在某一頻率范圍內(nèi)做等幅變頻正弦變化時(shí)，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比。頻率響應(yīng)一般用幅值比(Bd)和相位滯后(dge)與頻率的關(guān)系表示。幅值比是在某一特定批頻率下的輸出流量幅值與輸入電流之比，除以

20、一指定低頻(輸入電流基準(zhǔn)頻率)下的輸出流量與同樣輸入電流幅值之比。相位滯后是在某一指定頻率之下所測(cè)得的輸入電流和與其相對(duì)應(yīng)的輸出流量變化之間的相位差，以度表示。當(dāng)輸入電流幅值過小時(shí)，由于伺服閥分辨率的影響，將使波形發(fā)生畸變。無論哪一種情況，由于輸出波形偏離正弦波形，都會(huì)使得所得到得響應(yīng)數(shù)據(jù)失去意義。伺服閥的頻寬應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要加以確定，頻寬過低會(huì)限制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，過高會(huì)使高頻干擾傳到負(fù)載上。液壓伺服控制理論的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，伺服閥一般為一震蕩環(huán)節(jié)。這樣，又可以根據(jù)頻率響應(yīng)曲線的諧振頻率與諧振峰值之間的關(guān)系。我們可以根據(jù)參考資料，容易地寫出伺服閥的傳遞函數(shù)： 閉環(huán)諧振頻率表示系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速

21、度，的值越大，響應(yīng)時(shí)間便越快。換句話說，上升時(shí)間與成反比。對(duì)于弱阻尼系統(tǒng)，諧振頻率與閉環(huán)固有頻率以及瞬態(tài)響應(yīng)的阻尼振動(dòng)頻率非常接近，因此也可以用閉環(huán)固有頻率表示系統(tǒng)的瞬態(tài)相應(yīng)速度。與此同時(shí)，可用諧振峰值表示相對(duì)穩(wěn)定性。一般來說，越大，系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量越大，震蕩的也越厲害。如果值在1.01.4(03dB)的范圍內(nèi)，即相當(dāng)于有效阻尼比為0.40.7的范圍，則可以得到滿意的瞬態(tài)響應(yīng)。（27） 功率放大器功率放大器起功率放大作用，能夠?qū)⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換為輸出電流，并進(jìn)行放大。采用的是Moog公司提供的三級(jí)伺服閥的配套產(chǎn)品。伺服功率放大器是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，它所起的作用就是將輸入的電壓信號(hào)變化為相應(yīng)的

22、電流信號(hào)來驅(qū)動(dòng)三級(jí)電液伺服閥，它的傳遞函數(shù)為：（28） 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型閥控制液壓缸的基本方程:根據(jù)閥控制液壓缸的基本方程推導(dǎo)出閥控制液壓缸的傳遞函數(shù)(忽略彈性負(fù)載)：伺服閥的傳動(dòng)函數(shù)：考慮到使用差動(dòng)變壓器的位置傳感器的頻率帶寬比較低，故作為反饋的位置傳感器傳遞函數(shù)：根據(jù)前面給出的傳遞函數(shù)以及它們之間的關(guān)系得到系統(tǒng)的組成方框圖：R(S)功率放大器液壓缸與負(fù)載R(s)伺服閥位置傳感器圖 液壓伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型二、 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性包括輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性和負(fù)載力的動(dòng)態(tài)特性(或稱為剛度)。在一般的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常只計(jì)算對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，而對(duì)負(fù)載擾動(dòng)力的響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性是不予計(jì)算的；在這里

23、我們對(duì)兩個(gè)方面都進(jìn)行了分析。圖 系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應(yīng)曲線從上圖的系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應(yīng)曲線中我們可以看出，系統(tǒng)的頻帶寬度在9Hz左右，這正是伺服閥的頻寬;由于伺服閥是系統(tǒng)中頻率帶寬最窄的元件，所以，伺服閥的頻寬也就決定了整個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬度。當(dāng)輸入信號(hào)頻率大于10Hz以后，輸出將大幅度衰減，無法跟蹤輸入信號(hào)。因此系統(tǒng)的工作頻率最高只能達(dá)到接近10Hz的水平。液壓伺服系統(tǒng)的頻寬主要受液壓動(dòng)力元件的限制，即和所限。所以要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，就必須要提高和適當(dāng)?shù)靥岣?。過大的值將使降低，要影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。三、 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID校正超前滯后校正具有比PID控制器更加靈活的特點(diǎn)，屬于近似PDI校正，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

24、性能可以采用串連超前校正(近似DP控制)、串連滯后校正(近似PI控制)或串連超前滯后校正。（1） 超前校正網(wǎng)絡(luò)超前校正的傳遞函數(shù)為：其轉(zhuǎn)折頻率分別為；和，其超前相角為：其最大超前的相角為：令，可以求出產(chǎn)生最大超前相角時(shí)的頻率為：此外，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，則有：上式表明是頻率特性的兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率和的幾何中心。因此對(duì)應(yīng)于最大超前相角出的幅頻超前的值為：把上面得出的結(jié)論應(yīng)用到本例子中就可以計(jì)算出超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。超前校正適用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和增加系統(tǒng)的快速性，但是如果要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和快速性的同時(shí)滿足，就會(huì)減少系統(tǒng)的高頻衰減，這樣一來對(duì)抑止系統(tǒng)高頻噪聲是不利的。（2） 滯后校正網(wǎng)絡(luò)滯后校正的傳遞函數(shù)為：

25、其轉(zhuǎn)折頻率分別為：和，其超前相角為：其最大滯后的相角為：令，可以求出產(chǎn)生最大滯后相角時(shí)的頻率為：此外，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，則有：表明是頻率特性的兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率和的幾何中心。應(yīng)該盡量使產(chǎn)生最大滯后相角的頻率遠(yuǎn)離校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生不利的影響，一般可取:（3） 超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:由圖可見，頻率特性的前半段使相位滯后部分，由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低頻段提高增益，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。頻率特性的后半段使相位超前部分，故具有提高相位的作用，能使相位裕量增大，幅值穿越頻率加大，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。（4） 應(yīng)用超前校正網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)校正首先，

26、考慮到該系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不足，擬用超前網(wǎng)絡(luò)增加其穩(wěn)定性。根據(jù)原系統(tǒng)開環(huán)Bode圖，可以了解原系統(tǒng)的剪切頻率，校正的目的為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)的快速性。因此，擬選用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正。對(duì)于一般的液壓伺服系統(tǒng)來說，要保證系統(tǒng)的正常工作，相位裕度至少應(yīng)該達(dá)到，而幅值裕度在6分貝以上。目前，系統(tǒng)的相位裕度只有，所以超前校正應(yīng)該能夠提供至少的超前相角，再考慮到串連超前校正環(huán)節(jié)會(huì)使系統(tǒng)的剪切頻率再對(duì)數(shù)幅頻特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上右移，因此，在考慮相位超前量的時(shí)候，要增加左右，以補(bǔ)償這一移動(dòng)量。因而，相位超前量：相位超前校正環(huán)節(jié)應(yīng)該能產(chǎn)生這一相位才能使校正后的系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)前面推導(dǎo)出的算式可以計(jì)算出的值：然后計(jì)算出對(duì)應(yīng)于此的值所產(chǎn)生的幅值增量：由于最大超前相角應(yīng)該位于新的剪切頻率處，所以再?gòu)南到y(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線上找到對(duì)應(yīng)于-4.8dB的頻率，這個(gè)頻率就是校正后系統(tǒng)的新剪切頻率；那么這樣就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的值了。這樣，超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：根據(jù)計(jì)算出來的結(jié)果，用Matlab進(jìn)行仿真。如圖所示，可以看到其效果并不理想，其穩(wěn)定裕度并沒有提高，反而有所下降。由于伺服閥部分的振蕩環(huán)節(jié)的作用恰好落在關(guān)系系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)鍵的中頻段，這樣一下子把剪切頻率處對(duì)應(yīng)的相角下拉了，這樣就造成了幅值裕度的大幅度下降。另一方面，從極點(diǎn)的觀點(diǎn)出發(fā)，利用Ma